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发酵工程考试重点整理


第一章 名词解释 1. 发酵:利用生物细胞(含动物、 植物和微生物细胞), 在合适的条件下, 经特定的代谢途径转变成所需产物菌体体的过程。 2. 发酵工程 :是以天然生物体和人工修饰的生物体为加工对象,集现代化高新技术为一体,生产产品或服务于人类社会 的一种工程技术。 3. 生物工程 :广义上说是指运用生物科学知识及工程学的原理,开发利用生物材料为人类社会提供产品和服务的工程技 术。狭义上是指以基因工程技术为核心的现代生物技术的总称。 4. 生物催化剂:指传统发酵所利用的微生物外,还包括现在生物技术所利用的动植物细胞或细胞中的酶。 简答题 1. 发酵过程的特点 答:①发酵生产过程通常都是在常温常压下进行,一般操作条件比较温和,各种设备不必考虑防爆问题,对设备要求 相对较低,还可是一种设备具有多种用途;②发酵生产所用的原料主要以农副产品及其加工产品,如玉米、淀粉、豆 饼、玉米浆、酵母膏、牛肉膏等为主,基本属于可再生的生物资源范畴;③发酵过程中的反应以生命体的自动调节方 式进行,数十个反应过程能够像单一的反应一样在单一的生物反应器中进行;④发酵工业与其它工业相比,相对投资 较少,见效较快,具有经济和效能的统一性。 2. 发酵工业生产流程 答:发酵工业的生产过程主要包括以下环节,①原料预处理;②发酵培养基的配制和灭菌;③无菌空气的制备;④微 生物种子的制备;⑤发酵过程的操作方式;⑥发酵产品及分离提纯工艺。 3. 发酵工业发展的历史进程、重要历史阶段和典型技术 答:①天然发酵阶段 从史前到19世纪,人们不了解发酵的本质,仅利用自然发酵现象制作各种饮料酒和发酵食品, 主要技术为酿酒技术;②纯培养技术的建立 主要为19世纪末到20世纪30年代,以德国利斯特.柯赫完成了细菌纯培养 技术;③通气搅拌发酵技术的建立 从1929年开始到942年青霉素发酵生产的成功;④代谢控制发酵和现代发酵技术的 发展 从1956年到现在 以日本木下祝郎发明了代谢控制发酵技术,使谷氨酸发酵生产实现产业化。 发酵fermentation 发酵工程fermentation engineering 原料raw material 培养基medium 灭菌sterilization 无菌空气sterile air 菌种strain 生物工程bioengineering 生物技术biotechnology 生物催化剂biocatalyst 生物反应过程bioprocess 生物反应器bioreactor 基因工程genetically engineering 酶工程enzyme engineering 细胞工程cell engineering 生物分离工程bioseparations engineering 第二章 名词解释 1. 菌种分离:根据生产要求和菌种特性采用各种不同的筛选方法从众多的杂菌中分离出所需要的性能良好的纯种。 2. 菌种选育:从分离筛选获得的有价值的菌种中经过人工选育选出各种突变体以大幅度提高了菌种产生有价值的代谢产 物的水平,改进产品质量,去除不需要的代谢产物或产生新的代谢产物。 3. 自然选育:不经人工处理,利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。 4. 诱变育种:利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞,提高基因突变频率,再通过适当的筛选方 法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。 5. 杂交育种:通过杂交的方法, 将不同菌株的遗传物质进行交换、重组,使不同菌株的优良性状集中在重组体中,克服 长期诱变一起的生活力下降等缺陷。 6. 原生质体融合:用酶分别酶解两个出发菌株的细胞壁,在高渗环境中释放出原生质,将它们混合,在助融剂或电场作 用下使它们互相凝集,发生细胞融合,实现遗传重组。 7. 基因工程育种:使用人为的方法将所需的某一供体生物的遗传物质DNA分子提取出来,在离体的条件下进行“切割”, 获得代表某一性状的目的基因,把该目的基因与作为载体的DNA分子连接起来,然后导入某一受体细胞中,让外来的 目的基因在受体细胞中进行正常的复制和表达,从而获得目的产物。 8. 菌种保藏:根据菌种的生理生化特点,人为创造条件使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低,以减少其变异。 9. 菌种退化:通常是指在较长时期传代保藏后,菌株的一个或多个生理性状和形态特征逐渐减退或消失的现象。 10. 菌种复壮:使衰退的菌种重新恢复原来的优良特性。 11. 种子扩大培养:指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入固体试管斜面活化后,再经过摇瓶或 静置培养,以及种子罐逐级扩大培养而获得发酵产量高、生产性能稳定、数量充足、不被杂菌和噬菌体污染的生产 菌种的纯种制备过程。 12. 接种龄:指种子罐中培养的菌丝体移入下一级种子罐或发酵罐式的培养时间。 13. 接种量:指移入的种子液的体积和接种后培养液体积的比例。

问答题 1. 诱变育种的一般过程及注意事项 答:过程为①出发菌株的选择 必须了解用作诱变的出发菌株的产量、形态、生理等方面的情况;②诱变剂的使用方法 诱 变的方法有单一诱变剂处理和用两种以上的诱变剂处理菌种的复合诱变剂处理;③诱变剂的剂量选择 对不同微生物 诱变剂的使用剂量不同,一般突变率虽剂量的增加而提高,但当达到一定程度以后,再提高剂量凡是突变率下降; ④突变菌株的筛选 筛选要经过初筛和复筛过程才能得到所需菌株; 2. 种子应满足的条件 答:①菌种的纯种培养物总量适宜,以保证在发酵罐中有适当的接种量;②微生物菌种的生命力旺盛,移接到发酵罐中 后能够迅速生长,利于缩短延滞期,提高发酵设备的利用率;③菌种能保持稳定的生产性能,生理状态稳定;④无 杂菌和噬菌体污染。 3. 种子质量的判断标准 答:①细胞或菌体 但细胞的种子要求菌体健壮、形态意志、均匀整齐,美军和放线菌要求菌丝粗壮,对某些染料的着色 能力强、生产旺盛菌丝分支情况和内含物情况良好;②生化指标 种子液的糖、氮、磷含量的变化和PH变化噬菌体生长繁 殖、 物质代谢的反映; ③产物生成 种子液中产物的生成量是多种发酵产品发酵中考察种子质量的重要指标; ④酶活力 种 子液中某种酶的活力可能与产物的合成能力有一定的关系,因此可作为判断种子质量的依据。 4.种子扩大培养是由于现代发酵工业生产规模越来越大,发酵罐的容积从几十立方米到几百立方米。 工业微生物industrial microbiology 菌种分离isolation of strain 自然选育natural breeding 诱变育种mutation breeding 诱变剂mutagen 杂交育种cross breeding 原生质体融合protoplast fusion 基因工程育种genetically engineered breeding 工程菌engineered strain 菌种保藏culture preservation/maintenance of culture 菌种退化degeneration of culture/strain deterioration 菌种复壮rejuvenation of culture 种子扩大培养inoculum enlargement 种子罐seed tank 接种inoculation 接种物inoculum 接种龄seed age 接种量seed volume/inoculum size 表面培养法surface culture 固体培养法solid culture 液体深层培养法liquid subsurface culture 载体培养法carrier culture 第三章 1. 发酵工业原料:通常以糖质或淀粉质等碳水化合物为主,加入少量有机氮源和无机氮源,只要不含毒物,一般无精致 的必要,微生物本身能有选择地摄取所需要的物质。 2. 发酵培养基:是指提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的,按照一定比例配制的多种营养物质的混合 物。 3. 生长因子:具有刺激细胞生长活性的细胞因子。一类通过与特异的、高亲和的细胞膜受体结合,调节细胞生长与其他 细胞功能等多效应的多肽类物质。 4. 前体:某些化合物被加入培养基后,能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去,而自身的结构并未发生太大变 化,取能提高产物的产量。 5. 产物促进剂:一类能影响微生物的正常代谢,或促进中间代谢产物的积累,或提高次级代谢产物的产量的物质。 6. 抑制剂:一类能抑制某些代谢途径的进行,同时刺激另一代谢途径,以致可以改变微生物的代谢途径的物质。 7. 淀粉水解糖:在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖后所制得的糖液成为淀粉水解糖。主要是葡萄糖 8. 淀粉的糊化:淀粉颗粒由于受热吸水膨胀,晶体结构消失,便成糊状液体的现象。 9. 淀粉的液化:利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等,使黏度大为降低,流动性增高。 10. 葡萄糖的复合反应:在淀粉的糖化水解过程中,生成的一部分葡萄糖受酸和热的催化作用,能通过糖苷键相聚合,失 掉水分子,生成二糖、三糖和其他低聚糖等的反应。 11. 葡萄糖的分解反应:在淀粉水解过程中,一部分葡萄糖容易脱水分解成为5-羟甲基糠醛,后者因性质不稳定而分解成 一线丙酸和甲酸等物质。 12. 灭菌:是采用物理或化学方法杀死或除去物料、空气、容器、器具等环境中所有微生物,包括营养细胞、细菌芽孢和 孢子。 13. 消毒:是采用物理或化学方法杀死容器、器具内外、车间、厂区等环境中的病原微生物,但一般只能杀死营养细胞而 不能杀死细菌的芽孢。 14. 热阻:微生物对热的抵抗力,指微生物在某一特定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。 15. 相对热阻:指微生物在某一特定条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。 16. 间歇灭菌:就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中,通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程。 17. 连续灭菌:将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加热、保温、降温的灭菌过程。 问答题

1. 发酵培养基应满足的条件? 答:发酵培养基既要使种子接种后能迅速生长,达到一定的菌体浓度,又要使长好的菌体能迅速合成所需产物。因此, 发酵培养基的组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外,还要有合成产物所需的特定元素、前体和促进剂等。 2. 发酵培养基的组成由哪些? 答:①碳源 主要是提供碳素和能源,多为糖类,如淀粉;②氮源 可分为有机氮源和无机氮源主要提供氮素,如玉米浆 等;③无机盐和微量元素 提供各类离子,维持位生物活性和微环境浓度;④生长因子 微生物生命活动不可缺少,能够 调节细胞代谢生长,如生物素、玉米浆 ;⑤前体 直接在生物合成过程中结合到产物分子中去,用来促进产物合成;⑥ 产物促进剂,一类刺激因子,可以影响微生物的正常代谢,或促进中间代谢产物的积累,或提高刺激代谢产物的产量; ⑦抑制剂 抑制某些代谢途径的进行,同时刺激另一代谢途径,以致可以改变微生物的代谢途径。 3. 为什么要进行淀粉的水解,水解方法有哪些?介绍其含义、优缺点 答:大多数生产菌都不能直接利用或仅微弱利用淀粉,所以必须将淀粉质原料水解为葡萄糖等可发酵性糖类。水解的方 法可根据采用的水解催化剂的不同分为酸水解、酶水解法、酸酶结合水解法 。酸水解法是以酸(无机酸或有机酸)为催 化剂,在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖的方法,该法具有生产工艺简单、设备简易、生产周期短、设备生产能力大等 优点,但缺点是对设备要求有耐腐蚀、耐高温、耐高压,对淀粉原料要求严格必须是精致淀粉,淀粉乳浓度不宜过高, 而且淀粉酸水解过程副反应较多;酶水解法是利用液化酶使糊化淀粉水解成糊精和低聚糖等在利用糖化酶将糊精或低聚 糖进一步水解为葡萄糖。其优点是①淀粉水解是在酶的作用下进行的,酶解反应条件较温和,不需耐高温、耐高压、耐 酸的设备。同时,放映过程中不产生腐蚀性物质,对设备要求较低,改善了劳动卫生条件;②微生物美的专一性强,效 率高,淀粉水解副反应少;③可在较高淀粉乳浓度下水解,水解液的还原糖含量高;④可采用粗原料,省去原料精加工 工程可避免原料流失;⑤由于微生物酶制剂中菌体细胞的姿容,是糖衣的营养物质较丰富,简化了发酵培养基。缺点是 生产周期性较长;要求的设备较多,设备投资大;由于酶本身是蛋白质,以造型横汤液过滤困难。酸酶结合水解法分为 酸酶水解法和酶酸水解法。酸酶水解法是以酸为催化剂将淀粉水解成糊精和低聚糖,然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖 的工艺。优点是液化速度快,可采用较高的淀粉乳浓度,提高生产效率,用酸量少产品颜色浅、痰液质量高。缺点是对 设备要求较高,对淀粉原料要求高。酶酸水解法是将淀粉乳先用淀粉酶液化到一定程度,然后用酸水解成葡萄糖的工艺。 优点是才有粗原料淀粉,减少原料流失;生产较易控制,可采用较高淀粉浓度;生产周期短,提高生产效率;PH可控制 稍高,减少淀粉水解副反应,糖液色泽较浅,质量较好。缺点是对设备要求较高,。 4. 根据对数残留定律,如何确定培养基的灭菌时间?发酵工业生产中采用高温瞬时灭菌依据是什么? 答:微生物热死速率可以用分子反应速率表示,即微生物受热死亡的速率-dN/dt与任意瞬间残留的活菌数N成正比。即

t= ln 或t=

lg

N0:开始灭菌使原有活菌数 N=0.001

N:经过时间t后残留菌数。K=A*

△E:活化能lgK=-

因培养基营养成分分解的动力学方程也符合一级分

解反应动力学,即K=A*

,当培养基受热温度从T 上升至T 时,微生物的比死亡速率常数k和培养基成分分解破坏的速
1 2

率常数k′的变化情况为

=

由于△E>△E′,因此随着温度的上升,微生物比死亡速率常数增加倍数要大于培养

基成分破坏费解速率常数的增加倍数。也就是说当灭菌额外浓度升高时,微生物死亡速率大于培养基成分破坏的速率, 高温瞬时灭菌的理论依据。 5. 如何确定分批灭菌和连续灭菌的灭菌时间,连续灭菌中维持罐的体积如何确定? 答: 分批灭菌过程包括升温、保温和降温三个阶段 6. 分批灭菌和连续灭菌的优缺点。 答:分批灭菌的优点是在工业上,培养基的分批灭菌无需专门的灭菌设备,设备投资少,灭菌效果可靠,对灭菌用蒸汽 要求低0.2~0.3MPa表压;缺点是因其灭菌温度低,时间长而对培养基成分破坏大,其操作难于实现自动控制。连续灭菌 的优点是对培养基破坏小,可实现自动控制,提高发酵罐的设备利用率,蒸汽用量平稳等特点,特别适合培养基体积较 大的情况;缺点是对蒸汽压力要求较高,一般不小于0.45MPa;需要一组附加设备,设备投资大;采用连续灭菌,也要考 虑到万一蒸汽压力不够时和灭菌不透时改用分批灭菌的设备余量。 7. 有一发酵罐,内装培养基50m3,原始污染微生物2.5×107个/毫升,采用连续灭菌,若失 败概率为0.001,流量为15m3/h、135℃灭菌,请设计维持罐体积。

解:C0=2.5×107个/ml C=0.001/(50×106)=2×10-11个/ml lgK== =-0.244 K=0.570/s

t理= ln =

ln(2.5*10 )/(2*10 )=73.1s

7

-11

t实=5 *t理=6.1min V=G t实=15*6.1/60=1.52m3 8. 有一发酵罐,内装培养基50m3,原始污染微生物2.5×107个/毫升,采用分批灭菌,若失 败概率为0.001,灭菌温度121℃,忽略升温对灭菌的作用,求保温时间? 解: lgK== =-1.536 K=0.029/s

t= ln

=

ln

=825.59/s=13.7/min

天然培养基natural medium/media 合成培养基synthetic medium 半合成培养基semi-synthetic medium 固体培养基solid medium 液体培养基liquid medium 半固体培养基semi-solid medium 孢子培养基spore medium 种子培养基seed culture medium 发酵培养基fermentation medium 碳源carbon source 氮源nitrogen source 无机盐inorganic salt 微量元素microelement 生长因子growth factor(GF) 生物素biotin 玉米浆corn steep liquor(CSL) 前体precursor 促进剂accelerant 抑制剂inhibitor 淀粉水解糖starch hydrolytic syrup 酸水解法acid hydrolysis method 酶水解法enzyme hydrolysis method 酸酶结合水解法acid-enzyme hydrolysis method 淀粉颗粒starch kernel 淀粉糊化starch dextrinization/gelatinization/pasting 糊精starch gum/dextrin 淀粉老化starch staling 淀 粉液化starch thinning 淀粉糖化starch saccharification 淀粉酶amylase 糖化剂saccharifying agent 理论收率theoretical yield 实际收率actual yield 淀粉转化率starch conversion efficiency 复合反应compound reaction 分解反应catabolic reaction 灭菌sterilize 消毒disinfection 干热灭菌dry heat sterilization 湿热灭菌moist heat sterilization 辐射灭菌radappertization 化学药剂灭菌法chemical sterilization 过滤除菌sterilization by filtration 致死温度lethal temperature 致死时间lethal time 热阻heat resistance 相对热阻relative heat resistance 对数残留定律logarithmic residual law 反应速率常数rate constant 活化能activation energy 分批灭菌/实罐灭菌batch sterilization 连续灭菌continuous sterilization 第四章 1. 空气过滤除菌: 空气过滤所用的过滤介质,其间隙一般大于细胞颗粒,空气中的微生物菌提议可靠气流通过滤层时, 基于滤层的层层阻碍,迫使空气在流动过程中出现无数次改变气流速度大小和方向的绕行运动,从而导致微生物威力于 滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗运动、重力及静电引力的运动,从而把微生物颗粒截留、捕集在纤维表面上,实现过 滤目的。 问答题 1. 无菌空气的五个标准 答: 连续提供一定流量的压缩空气。发酵用无菌空气的VVM一般为0.1~2.0。 空气的压强(表压)为0.2~0.4MPa。过低的压强难于克服下游的阻力,过高的压强则是浪费。 进入过滤器之前,空气的相对湿度Φ≤70%。这是为防治空气过滤介质的受潮。 进入发酵罐的空气温度可比培养基温度高10~30℃。对发酵而言,空气的温度越低越好,但太低的空气温度是以冷却能 耗为代价的。 压缩空气的洁净度,在设计空气过滤器时,一般取失败概率为10-3为指标。 2. 分析过滤除菌的过滤除菌机理,如何提高过滤除菌的效率? 答: ①减少进口空气的含菌数量。具体方法有:正确选择进风口,压缩空气站应设在上风向;提高进口空气的采气位置, 减少菌数和尘埃数;对压缩前的空气采用粗过滤预处理。 ②空气的压强(表压)为0.2~0.4MPa。过低的压强难于克服下游的阻力,过高的压强则是浪费。设计和安装合理的空气 过滤器,选用除菌效率高的过滤介质。 ③针对不同地区,设计合理的空气预处理工艺流程,以达到除油、水和杂质的目的。

④降低进入空气过滤器的空气相对湿度,保证过滤介质能在干燥状态下工作,主要方法有:使用无油润滑的空气压缩机; 加强空气冷却和去油、水;适当提高进入过滤器的空气温度,降低其相对湿度。 ⑤稳定压缩空气的压力,采用合适容量的储气罐。 无菌空气sterile air 热灭菌法heat sterilization 辐射灭菌radappertization 静电除菌degerm by static electricity 介质过滤除菌法sterilization by media filtration 布朗扩散截留entrapment of Brownian diffusion 拦截截留entrapment of interception 惯性撞击截留entrapment of inertial impaction 重力沉降gravity settling 静电吸引electrostatic attraction 对数穿透定律logarithmic penetrative law 湿度humidity 第五章 名词解释 1. 呼吸强度 :指单位干菌体在单位时间内所吸取的氧量。 2. 耗氧速率 :指单位体积的培养液在单位时间内的吸氧量。 3. 临界氧浓度 :指微生物的好氧速率受发酵液中氧浓度的影响,各种微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求 4. 生物合成最适氧浓度 :使微生物生长和代谢最大时所需要的氧最适条件的浓度。 5. 氧传递效率 :在单位时间内,氧气从空气气泡传递到微生物细胞内的量。 溶解氧、摄氧率和KLa的测定方法:化学法、极谱法、复膜电极法、物料衡算法、动态法、 排气法、瓦氏呼吸仪法 问答题 1. 控制发酵液中溶解氧的意义 答:1) 为了避免使产物合成处在限制氧的条件下,需考察每一种发酵产物的临界氧浓度和最适氧浓度,并使发酵过程中 保持在最适氧浓度; 2) 菌体生长过程从培养液中溶氧浓度的变化可以反映菌体的生长生理状态; 3) 溶氧作为发酵异常的指标 2. 影响氧传递速率的主要因素有哪些? (C:氧浓度 a:气液比表面积 KL:氧传递系数) 答:根据氧传递速率方程OTR=KLa(C -C)分析的 一、 影响推动力的因素 1温度:T↑C*↓C*-CL↓ 2. 溶质:无论电解质、非电解质还是混合溶液,C↑C*↓C*-CL↓ 3. 溶剂:有机溶剂,C*↑C*-CL↑,可通过合理添加有机溶剂来降低水的极性从而增加C* 4. 氧分压:氧分压↑C*↑C*-CL↑,方法一:提高空气总压(增加罐压),方法二:保持空气总压不变,提高氧分压。 二、影响a的因素 1. 搅拌对a的影响: 可使气泡在液体中产生复杂的运动, 延长停留时间, 增大气体的截流率; 搅拌的剪切作用使气泡粉碎, 减少气泡的直径; 2. 表面张力:阻止气泡的变化和粉碎,使a↓ 3. 通气量:增大通气量可增加空气的截流率,使a↑。但当增大到一定程度,若不改变搅拌速度,会降低搅拌功率,甚至 发生空气“过载”现象,导致气泡的凝聚形成大气泡 三、影响KLa的因素 1) 设备参数:发酵罐的形状结构、搅拌器、挡板、空气分布器等 2) 操作条件:通气表观线速度Ws、搅拌转速N、搅拌功率Pw、发酵体积V、液柱高度HL 3) 发酵液性质:发酵液的密度ρ、粘度η、界面张力σ、扩散系数DL 呼吸强度intensity of respiratory/ oxygen quotient 耗氧速率oxygen uptake rate 临界氧浓度critical value of dissolved oxygen concentration 氧饱和度oxygen saturation 体积溶氧系数volumetric mass-transfer coefficient 搅拌agitate 通气量ventilatory capacity 氧传递系数 oxygen transfer coefficient 氧传递效率 oxygen transfer efficiency 第六章 名词解释 1. 微生物发酵机理 :微生物通过其代谢活动,利用基质合成人们所需要的产物的内在规律 2. 代谢控制发酵 :人为地改变微生物的代谢调控机制,使有用中间代谢产物过量积累, 3. 生物氧化 :生物氧化就是发生在活细胞内的一系列产能性氧化反应的总称。 4. 组成酶: 是菌体生长繁殖所必须的酶系,它的产生一般不受培养基成分的影响。 5. 诱导酶 : 是仅当培养基中含有一定量的诱导物 (一般为酶的底物或底物类似物) 时才能形成, 以适应底物的特殊需要。
*

6. 酶的合成阻遏 :在某些代谢途径中,末端产物因过量会 阻遏酶 的合成,由此来调节代谢速率,减少末端产物生成。 这种现象称为酶合成阻遏, 7. 末端代谢产物阻遏 :由于某代谢途径中的末端产物过量累积而引起酶合成的阻遏(反馈 ),称为末端产物阻遏。 8. 分解代谢产物阻遏 : 当微生物细胞所处的环境中,同时存在可供利用的两种底物时,一种先被利用或利用较快的底 物会阻遏与另一种底物有关酶的合成称为分解代谢产物阻遏。 9. 葡萄糖效应 : 葡萄糖的分解代谢产物阻遏了分解利用乳糖等其他糖类的有关酶的合成,如大肠杆菌在含有葡萄糖和乳 糖的培养基中生长时,它首先分解利用葡萄糖,而不利用乳糖。只有当葡萄糖几乎消耗完后才开始利用乳糖。因此 这种阻遏又称为葡萄糖效应。 10. 调节酶 :是指对代谢途径的反应速度起调节作用的酶。它们的分子一般具有明显的活性部位和调节部位。位于一个 或多个代谢途径内的一个关键部位的酶,它的活性可因调节剂结合而改变。有调节代谢反应的功能,调节酶一般可 分为别构酶和共价调节酶。 11. 能荷 :是一个人为设定的,能表示细胞能量状态的参数,是产生或利用高能磷酸根的代谢途径的主要调节因素。 12. 同工酶:来源于同一种系、机体或细胞的同一种酶具有不同的形式。催化同一化学反应而化学组成不同的一组酶。 13. 初级代谢产物 :是指微生物产生的,生长和繁殖所必须的物质,如蛋白质、核酸等。 14. 次级代谢产物 :是指由微生物产生的,与微生物生长和繁殖无关的一类物质。 15. 分叉中间体 :糖代谢中间体,既可用来合成初级代谢产物,又可以用来合成次级代谢产物的中间体,如丙二酰CoA 16. 糖酵解 :葡萄糖经过1,6-二磷酸果糖生成3-磷酸甘油醛,3-磷酸甘油醛再降解生成丙酮酸并产生ATP的代谢过程。 17. 巴斯德效应 :在好氧条件下,酵母发酵能力降低的现象。 问答题 1. 生物氧化的形式、过程和功能 答:生物氧化的形式包括某物质与氧结合、脱氢或失去电子三种; 生物氧化的过程可分脱氢(或电子)、递氢(或电子)和受氢(或电子)三个阶段 生物氧化的功能则有产能(ATP)、产还原力[H]和产小分子中间代谢物三种。 2. 操纵子学说解释酶的诱导机制 答: 3. 大肠杆菌色氨酸操纵子 答:trp操纵子是由一个启动子和一个操纵基因区组成。该操纵基因控制一个编码色氨酸生物合成需要的5种蛋白的多顺 反子mRNA的表达。 4. 葡萄糖效应,解释二次生长现象 5. 乳糖操纵子 答:大肠杆菌中控制β半乳糖苷酶诱导合成的操纵子。包括调控元件P(启动子)和O(操纵基因),以及结构基因lacZ(编码 半乳糖苷酶)、lacY(编码通透酶)和lacA(编码硫代半乳糖苷转乙酰基酶)。在没有诱导物时,调节基因lacI 编码阻 遏蛋白, 与操纵基因O 结合后抑制结构基因转录; 乳糖的存在可与lac阻遏蛋白结合诱导结构基因转录, 以代谢乳糖。 6. 代谢的人工控制的方法 答:在发酵工业中,为了大量积累人们所需要的代谢产物,必须人为地打破微生物细胞内代谢的自动调节机构,使代谢 朝人们所希望的方向进行,这就是所谓的代谢的人工控制。采用遗传学和生物化学方法实现。 1) 遗传学方法:通过改变微生物遗传物质从根本上大批微生物原有的代谢控制机制。 2) 生物化学法 添加前体绕过反馈控制点 添加诱导剂 发酵与分离过程耦合 控制细胞膜的通透性 控制发酵的培养基成分 7. 初级代谢和次级代谢的调节方式有哪些? 答:初级代谢的调节方式 1) 产能代谢的调节:能荷调节 2) 核蛋白体合成的调节 3) 氨基酸、核苷酸合成代谢的调节 次级代谢的调节方式 1) 初级代谢对次级代谢的调节

2) 碳代谢物的调节作用 3) 氮代谢物的调节作用 4) 磷酸盐的调节作用 5) 次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用 6) 次级代谢中细胞膜透性调节 8. 提高初级代谢产物和次级代谢产物的方法有哪些? 答:提高初级代谢产物产量的方法 1) 使用诱导物 2) 除去诱导物——选育组成性产生菌 3) 降低分解代谢产物浓度,减少阻遏的发生 4) 解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株 5) 解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株 6) 防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株 7) 改变细胞膜的通透性 8) 筛选抗生素抗性突变株 9) 选育条件抗性突变株 10) 调节生长速率 11) 加入酶的竞争性抑制剂 提高次级代谢产物产量的方法 次级代谢产物:细胞生长不必需的,无明显生理功能的微生物代谢产物。 1) 补加前体类似物 2) 加入诱导物 3) 防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生 4) 防止氮代谢阻遏的发生 5) 筛选耐前体或前体类似物的突变株 6) 选育抗抗生素突变株 7) 筛选营养缺陷型的回复突变株 8) 抗毒性突变株的选育 9. 糖酵解途径的特点及其调节机制 答:特点为①糖酵解途径是单糖分解的一条重要的途径,它存在于各种细胞中,他是葡萄糖有氧、无氧分解的共同途径; ②糖酵解途径的每一步都是由酶催化的,其关键酶有己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶;③当以其他糖类作为 碳源和能源时,先通过少数几步反应转化为糖酵解途径的中间产物,这是从葡萄糖合成细胞组成城根的标准反应序 列同样有效。调节机制为糖的调节主要是能荷的控制,就是受细胞内能量水平的控制。在生物体内ATP和ADP是有一 定比例的。由于细胞内维持一定的能荷,对糖酵解进行由此奥的调节。当体系中ATP含量高时,ATP已知磷酸果糖激 酶和丙酮酸激酶的活性,使糖酵解减少。但需能反应加强时,ATP分解为ADP和AMP,AIP减少,ADP、AMP增加,AIP的 抑制作用被解除,同时ADP、AMP激活己糖激酶和磷酸果糖激酶,使6-磷酸葡萄糖、1,6-二磷酸果糖、3-磷酸甘油醛 浓度增加,他没都是丙酮酸激酶的激活剂,使糖酵解加快。 10. 甘油发酵的机制,如何使甘油大量积累 答:酵母菌在无氧条件下所生成的乙醇是由乙醛获得了氢。如果改变条件,使乙醛这个中间产物不存在,那么酵母菌就 不会产生乙醇。这样就使乙醛不能作为受氢体,而迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体,在a-磷酸甘油脱氢酶(NAD+为辅 酶)催化下生成a-磷酸甘油,a-磷酸甘油水解便生成a-甘油。 积累方法:加入某种抑制剂,亚硫酸盐法;改变发酵条件,碱法。 11. 比较同型乳酸发酵和异型乳酸发酵的异同 答:相同点是产物都是乳酸,都有ATP的生成,都是无氧反应;不同点是同型产物只有乳酸而异型产物除乳酸外还有乙醇 和CO2,两者的发酵菌种不同,发酵机制不同,发酵途径 不同, EMP途径中丙酮酸作为受氢体,被还原为乳酸,异型途径有两个HMP途径和 双歧途径。 12. 说明甲烷发酵的机理和其三个阶段 答:即历史厌氧菌将糖类、脂肪、蛋白质等股杂的有机物最终分解成甲烷和CO2。 三个阶段 第一阶段是有机聚合物水解生成单体化合物,进而分解成个各种脂肪酸、CO2和氢 气;第二阶段是各种脂肪酸进行反解生成乙酸、CO2和氢气;第三阶段是由乙酸和CO2氢气反

应生成甲烷。 13. 说明柠檬酸发酵的生物合成途径及其代谢调节积累机制 答:葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸,丙酮酸在悠扬的条件下,一方面氧化脱羧生成乙酰COA,另一方面丙酮酸所画生成草 酰乙酸,草酰乙酸与乙酰COA在柠檬酸合酶的作用下所和生成柠檬酸 + 代谢调节积累机制:①由锰缺乏抑制了蛋白质的合成,而导致细胞内的NH4 浓度升高和一条呼吸活性强的侧系呼吸链不产 生ATP,这两方面分别解除了对磷酸果糖激酶的代谢调节,促进了EMP途径畅通;②又组成性的丙酮酸羧化酶源源不 2+ 断提供草酰乙酸;③在控制Fe 含量的情况下,顺乌头酸酶活性低,从而使柠檬酸积累;④丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 COA和CO2固定两个反应平衡,以及柠檬酸合成酶不被调节增强了合成柠檬酸能力;⑤柠檬酸积累增多,PH低,在低PH 时,顺乌头酸酶和异柠檬脱氢酶失活,从而进一步促进了柠檬酸自身的积累。 14. 介绍氨基酸的分类、细胞内氨基酸合成的特点及其大量积累的方法。 答:谷氨酸族、天门冬氨酸族、丙酮酸族、丙糖族、芳香族、核糖族。特点:发酵所产生的产物-氨基酸,都是微生物的 中间代谢产物,它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制,氨基酸发酵的关键是取决于其控制机制是否能够被解除, 是否能打破微生物的正常代谢调节,人为地控制微生物的代谢。 积累方法:①控制发酵的环境条件②控制细胞渗透性③ 控制旁路代谢④降低反馈作用物的浓度⑤消除终产物的反馈抑制与阻遏作用⑥促进ATP的积累,以利于氨基酸的生物合 成。 15. 谷氨酸的生物合成途径及其调节机制 答:合成途径 图6-13;调节机制:图3-34,EMP途径,HMP途径,TCA、DCA和CO2固定作用,氨的导入、细胞膜通透 性控制 发酵机理fermentation mechanism 代谢控制发酵metabolic control fermentation 糖酵解glycolysis巴斯德效应Pasteur effectEMP途径/糖酵解途径Embden-Meyerhof pathway HMP途径/磷酸己糖途径hexose monophosphate pathwayED途径/ Entner-Doudoroff pathway PK途径/磷酸戊糖途径phosphopentose pathwayTCA循环/三羧酸循环tricarboxylic acid cycle DCA循环/乙醛酸循环glyoxylate cycle嘌呤核苷酸purine nucleotide 嘧啶核苷酸pyrimidine nucleotide新陈代谢metabolism合成代谢anabolism分解代谢catabolism 能量代谢energy metabolism生物氧化biological oxidation呼吸respiration 无氧呼吸anaerobic respiration发酵fermentation组成酶constitutive enzyme 诱导酶inducible enzyme诱导induction阻遏repression阻遏物repressor 末端代谢产物阻遏terminal repression操纵子operon操纵基因operator/operator gene 调节基因regulatory gene阻遏蛋白repressor protein结构基因structural gene 分解代谢产物阻遏catabolite repression葡萄糖效应glucose effect/glucose repression 调节酶regulatory enzyme激活剂activator抑制剂inhibitor效应物effector能荷energy charge 反馈调节feedback regulation反馈控制feedback control 协同或多价反馈控制concerted feedback control/polyvalent feedback control 合作反馈控制cooperative feedback control积累反馈控制accumulative feedback control 顺序反馈控制sequential feedback control同工酶控制isoenzyme feedback control 反馈抑制feedback inhibition营养缺陷型突变株auxotrophic mutant 初级代谢产物primary metabolite次级代谢产物secondary metabolite 分叉中间体forked intermediate metabolite调节机制regulatory mechanism 厌氧发酵anaerobic fermentation酒精发酵alcoholic fermentation杂醇油fusel oil 高级醇higher alcohol糠醛furfurol/furfural/furfuraldehyde甲醇methanol 甘油发酵glycerin fermentation 同型乳酸发酵homolactic fermentation异型乳酸发酵heterolactic fermentation 甲烷(沼气)发酵methane fermentation/mash gas fermentation 好氧发酵aerobic fermentation有机酸发酵organic acid fermentation 柠檬酸发酵citric acid fermentation氨基酸发酵amino acid fermentation 谷氨酸发酵glutamic acid fermentation核酸类发酵nucleic acid fermentation 抗生素发酵antibiotic fermentatio 第七章 名词解释 1. 发酵动力学: 2. 本征动力学/微观动力学

3. 反应器动力学/宏观动力学 4. 分批发酵:采用单罐深层分批发酵,机制一次性装入罐内,在适宜条件下接种进行反应,经过一定时间后,将全部反应物取 出。 5. 补料分批发酵:是指在分批发酵培养过程中,间歇或连续地不加新鲜培养基。 6. 连续发酵:是在微生物培养到对数生长期是在发酵罐中一方面以一定速度连续不断地流加新鲜培养基,另一方面又以 同样速度连续不断地将发酵液排出,是发酵罐中微生物的生长和代谢活动始终保持旺盛的稳定状态,而PH、温度、营养 成分浓度、溶解氧等都保持一定,噬菌体维持在恒定生长速率下生长和发酵。 7. 恒浊器: 8. 恒化器 问答题 1. 分批发酵、补料分批发酵、连续发酵的操作形式及其优缺点 答:分批培养 在发酵开始时将微生物接种如一灭菌的新鲜培养基中,在适宜条件下培养,在整个培养过程中,除氧气的 供给、发酵尾气的排出、消泡剂的添加和控制PH需要加入碱或酸外,整个培养系统与外界没有其它物质交换。优点是可 进行少量多品种的发酵生产;发生染菌一终止操作;当条件发生变化或需要新产品时,以改变处理对策;对原料要求较 粗放。缺点是培养基易积累有毒代谢物;菌体浓度不易维持;已出现阻遏效应。 不了分批发酵 在分批培养的过程中,取出一定体积的培养液并间歇或连续的不加新鲜培养基。优点是发酵系统中维持很 低的机制浓度,可以除去快速利用探源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不置加剧供氧矛盾;避免培养基积累有 毒代谢物;不需要严格无菌条件;不会产生菌种的老化和变异。 连续发酵 是在微生物培养到对数生长期是在发酵罐中一方面以一定速度连续不断地流加新鲜培养基,另一方面又以同样 速度连续不断地将发酵液排出,是发酵罐中微生物的生长和代谢活动始终保持旺盛的稳定状态,而PH、温度、营养成分 浓度、溶解氧等都保持一定,噬菌体维持在恒定生长速率下生长和发酵。优点是提供了微生物在很定状态下高速生长的 环境,便于进行微生物的代谢、生理、生长、和遗传特性的研究;在工业生产上可减少分批发酵中的清洗、装料、消毒、 接种、放罐等操作时间,提高生产效率;中间即最终产物的生产稳定产物质量比较稳定;可作为分析微生物的生理、生 态及反应机制的有效手段;设备投资少,便于自动化。缺点是长时间培养菌种易变异,发酵过程易染菌;型加入的培养 基与原培养基不易完全混合,影响培养基和营养物质的利用;必须和整个作业的其它工序一致;手率和产物浓度比分批 法稍低。 2. 乙醇为基质, 好养培养酵母, 反应方程为C2H5OH+aO2+bNH3→c (CH1.75N0.15O0.5) +dCO2+eH2O, 呼吸商RQ=0.6。 求个系数a、b、c、d、e。

3. 以葡萄糖为基质在如下条件进行具有反馈的连续操作。 V=1m3; F=0.1 m3/h; YX/S=O.158g/g(以细胞/葡萄糖计); [S]0=10kg/m3;r=0.8;g=1.5。已知微生物反应可以用Monod方程来表示,其中μmax=0.41h-1;KS=0.22 kg/m3, 求比生长速率μ,反应器内基质浓度[S]和菌体浓度X和分离装置出口处的菌体浓度X′。 图1 具有反馈的单级连续培养系统 3. 葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养,呼吸商为1.04,氨为氮源。消耗100mol葡萄糖和48 mol氨,生成菌体48 mol、二氧 化碳312 mol和水432 mol。求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。 5. 求青霉素连续发酵的稳定状态下最大菌体生成速度(DX)max及此时的稀释率Dopt,菌体浓度Xopt和基质浓度[S]。已知 (菌体生长可用Monod方程表达)[S]0=30g/L,YX/S=0.45 第八章 名词解释 生物反应器 :利用生物催化剂为细胞培养(或发酵)或酶反应提供良好的反应环境的设备, 通常称为发酵罐或酶反应器。 问答题 1. 设计反应器设计要遵循的原则有哪些?设计目标有哪些? 答:原则:①生物反应器应具有适宜的径高比。满足不同生物体生长代谢的溶氧和厌氧需求;② ③

④ ⑤ ⑥ ⑦ 目标:

2. 发酵罐的放大的方法有哪些? 答:主要有经验放大法、因次分析法、数学模拟法等 第九章 1. 呼吸商 问答题 结合课程所学请你谈谈发酵过程工艺参数控制(如温度、pH值、溶解氧及泡沫等)对发酵的影响及其控制策略? 温度对发酵的影响及其控制 ①对发酵的影响。影响各种酶反应的速率,改变菌体代谢产物的合成方向,影响微生物的代谢调控机制,影响发酵液的 理化性质,进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。 ④如何控制。工业生产上所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热,以发酵中释放了大量的发酵热需要冷却的情况 较多,将冷冻水或冷冻盐水融入发酵罐的夹层或蛇形管中进行换热。 、pH对发酵的影响及其控制 ① 响:a)影响酶的活性;b)影响微生物细胞膜所带电荷的状态,改变细胞膜的通透性,影响微生物对营养物质的 吸收和代谢产物的排泄;c)影响培养基中某些组分的解离,进而影响微生物对这些组分的吸收;d)pH不同往往 引起菌体代谢过程的不同,使代谢产物的质量和比例发生改变,影响产物的稳定性。

②
③ ④如何控制:控制pH在合适的范围应首先从基础培养基的配方考虑,然后通过加酸碱或中间补料来控制。通常有以 下几种方法,a)配制合适的培养基,调节培养基初始pH至合适范围并使其有很好的缓冲能力;b)培养过程中加 入非营养基质的酸碱调节剂,如碳酸钙等防止pH过度下降;c)培养过程中加入基质性酸碱调节剂,如氨水等;d) 加生理酸 性或碱性盐基质,通过代谢调节pH;e)将pH控制与代谢调节结合起来,通过补料来控制pH。 4、溶解氧对发酵的影响及其控制 ②影响因素与控制方法:发酵液中溶氧值的任何变化都是氧的供需不平衡的结果,故控制溶氧水平可从氧的供需着手。 其中,a)供养方面OTR=KLa(C*-CL),具体方法:在通入的空气中掺入纯氧,使氧分压增高;提高罐压; 改变通气速率;提高设备供养能力,改善搅拌、改变搅拌器直径及转速、改变挡板的数目和位置。b)需氧方面,微生 物在发酵过程中的好氧速率r=QO2×XC。在氧浓度处在暂时的稳定状态时则供氧=需氧,此外养料的丰富程度影 响菌的生长,温度也会影响。 英文呼吸商 respiratory quotients 溶解氧 dissolved oxygen 补料 feed supplement 泡沫 foam 消泡 defoam 消泡剂 defoamer/defoaming agent 第十章 名词解释 1. 发酵染菌:是指在发酵培养过程中侵入了有碍生产的其它微生物。 问答题 1. 请你谈谈发酵工业杂菌污染的危害及防治策略 答:(1)污染的危害 :①由于杂菌污染,使发酵培养基因杂菌的消耗而损失,造成生产能力的下降;②杂菌合成一些 新的代谢产物,造成产物收率降低或产品质量下降;③杂菌代谢会改变原反应体系的pH,使发酵发生异常变化;④杂菌 分解产物,使生产失败;⑤细菌发生噬菌体污染,微生物细胞被裂解,导致整个发酵失败等。 (2)防治策略1. 培养基及其器具彻底灭菌; b)避免菌种在移接过程中受污染;c)避免菌种在培养过程中或保藏过 程中受杂菌污染。 2. 过滤空气带菌及其防治。可通过完善空气净化系统方面着手,主要有以下几个方面(可具体分析)a)正确选择采 气口或安装前置粗过滤器;b)设计合理的空气预处理流程;c)设计和安装合理的空气过滤器。 3. 设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治。a)设备的渗漏,选用优质的材料并定期进

行检查。b)设备的“死角”,发酵罐的“死角”:加强清洗并定期铲除污垢,或设计一路小径蒸汽管道通达进行专 门的灭菌处理,或安装边阀使管口处灭菌彻底;其他的“死角”:采用单独的排气、排水和排污管,或配置单独的灭菌 系统,或法兰的加工、焊接和安装要符合灭菌要求尽可能减少连接法兰。 4. 培养基灭菌不彻底导致染菌及其防治。a)原料形状的影响,稀薄的培养基比较容易灭菌彻底,而固形物含量较多 的原料采用实罐灭菌较好;b)灭菌时温度与压力不对应造成染菌,在实罐灭菌时应打开所有液面下的进气阀和液面上的 排气阀及有关连接管的边阀、压力表的接管边阀等使蒸汽通过从而彻底灭菌;c)灭菌过程中产生的泡沫造成染菌,添加 消泡剂防止泡沫升顶;d)连续灭菌维持时间不够或压力波动大而造成染菌,应避免蒸汽压力的波动过大确保灭菌温度满 足灭菌要求;e)灭菌后期的罐压骤变造成染菌,在发酵罐冷却前先通入无菌空气维持管内一定的正压在进行冷却。 5. 操作不当造成染菌。操作一定要严格规范防治操作失误引起染菌。

6. 噬菌体染菌及其防治。以净化环境为中心的综合防治
染菌contamination 噬菌体bacteriophage/phage 第十一章 名词解释 1. 发酵工程下游技术:下游技术也成下游工程或下游加工工程,是对于由生物界自然长生的或由微生物菌体发酵的、动 植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料,经提取分离、加工并精制为目的成分,最终使 其成为产品的技术。 2. 凝聚:是指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层电排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象。 3. 絮凝:指在某些高分子絮凝剂(通常是天然或合成的大分子量聚合电解质)存在下,是胶体粒子交联成网,形成较大 絮凝团的过程。 问答题 1. 发酵液中含有几类杂质?从发酵液可提取几类产物? 答:(1)发酵液的杂质有:①生物反应过程中的副产物;②未消耗完的原料;③生产过程汇总加入的化学试剂等。 (2)从发酵液汇总可获得的产物有:①具体及胞内产物;②酶;③代谢产物等三类。 2. 发酵产物有何特性?发酵液组成有何特点? 答:(1)发酵产物特性:①在发酵液或培养液中产物浓度很低;②含目的产物的发酵液或酶反应液或培养液的出事物料 组成复杂;③发酵产物多属于生物活性物质,其稳定性极差;④发酵产品种类繁多;⑤含量和纯度要求高。 (2)发酵液的组成特点:①发酵液大都是水,一般含水量大90%-99%;②发酵液中发酵产物浓度较低;③发酵液中的悬 浮固形物主要含有菌体和蛋白质的胶状物,不仅使发酵液黏度增加,不利于过滤,同时增加提取和精制后工序的操作困 难;③发酵液的培养基残留成分中还含有无机盐类,非蛋白质分子杂质及其讲解产物对提取和精制均有一定的影响;⑤ 发酵液中除了发酵产物外常有其他少量的代谢副产物;⑥发酵液中还含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。 3. 在工业生产规模前提下考虑发酵产物后处理过程必须注意并满足什么条件? 答:①条件温和;②能够达到所要求的纯度;③收率高;④生产成本尽量低;⑤工艺过程尽可能缩短和简化;⑥分离快 速,一提高生产能力;⑦生产中所产生的废物尽可能少并能够处理;⑧实验过程能够成功地放大。 4. 说明发酵工程下游技术的一般过程和所用技术。 答:1) 发酵液或培养液的预处理与固液分离(不溶物的去除):离心、过滤、凝聚和絮凝、细胞破碎; 2) 初步分离(产物的提取):吸附、萃取、沉淀、离子交换 3) 高度纯化(产物的精制):层析、电泳、沉淀 4) 成品加工:浓缩、结晶、干燥 5. 发酵液预处理的目的和方法。 答:(1)目的:①改变发酵液的物理性质,促进从悬浮中分离固形物的速率,提高固液分离的效率;②尽可能使产物转入 便于后处理的某一相中(多数情况下是液相);③除去发酵液中部分杂质,以利于后续各步操作。 (2)发酵液预处理的方法: 1) 降低发酵液的黏度:加水稀释法、升温加热法 2) 调整溶液的pH 3) 凝聚与絮凝 4) 加入助滤剂 5) 加入反应剂 发酵工程下游技术downstream processing in fermentation engineering 发酵液的预处理pretreatment of fermented broth 固液分离solid-liquid separation 纯化concentration 离心centrifugation 过滤filtration 凝聚coacervation 絮凝flocculation 胞内产物extra-cellar product 胞外产物intra-cellar product 细胞破碎cell disruption 吸附adsorpyion 萃取extraction 沉淀sedimentation 离子交换ion (ic) exchange 层析chromatography 电泳electrophoresis 超滤ultra filtration 浓缩concentration

结晶crystallization 蒸发evaporation 干燥drying 沉降precipitation 第十二章 名词解释 1. 胞内产物:在细胞培养过程中不能分泌到胞外的培养液中,而保留在细胞内的发酵产物。 2. 胞外产物:经微生物代谢分泌到细胞外的发酵产物 3. 细胞破碎:选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。 4. 酶溶法:利用酶反应,分解破坏细胞壁上特殊的化学键,从而达到破壁的目的。 5. 化学渗透法:用某些化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某些组分的方法。 问答题 1. 细胞破碎的含义、目的及其主要阻力 答:(1)细胞破碎是指选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。(2)细胞破碎的目的:破坏细胞外 围使胞内物质释放出来。(3)细胞破碎的主要阻力来自细胞壁。微生物细胞壁的形状和强度取决于细胞壁的组成以及他 们之间相互关联的程度,为了破碎细胞,必须克服的主要阻力是连接细胞壁网状结构的共价键。 2. 简要介绍细胞破碎的方法有哪些? 答: 按是否外加作用力:机械法和非机械法 主要有: (1) 机械破碎法:主要作用力有压缩力和剪切力。液体剪切法/高压均浆法、高压均浆器;,固体剪切法/珠磨法、球磨 机;液体剪切破碎法、超声破碎法 (2).化学破碎法:利用化学或生化试剂。 ①酶溶法:利用酶反应,分解破坏细胞壁上特殊的化学键,从而达到破壁的目的。优点、缺点、分为外加酶法和自溶法。 ②化学渗透法:用某些化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某些组分的方法。优点、缺点,试剂有:酸碱、有机溶剂、表 面活性剂、EDTA螯合剂、变性剂等 (3). 其他方法:X-press法、渗透压法、反复冻结-融化法、干燥法等 3. 细胞破碎率的测定方法有哪些? 答:1. 直接测定法:计算破碎前后的细胞数。前用显微镜或电子微粒计数器、后用染色法; 2. 目的产物测定法:通过测定破碎液中目的产物释放量来估算。通常将破碎后的细胞悬浮液用离心法分离细胞碎片,测 定上清液中目的产物的含量或活性,并与100%破碎率所获得的标准数值比较。 3. 导电率测定法:利用破碎前后导电率的变化来测定破碎程度。正是测定前应预先采用其他方法制定标准曲线。 胞内产物extra-cellar product 胞外产物intra-cellar product 细胞破碎cell disruption 细胞壁cell wall 机械破碎法mechanical disruption 珠磨法vigorous agitation with abrasives 高压均浆法high pressure homogenization 超声波破碎法ultrasonication 表面活性剂detergent 第十三章 名词解释 1. 沉淀:是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低、生成固体凝聚物的现象。 2. 结晶:是溶质呈晶态从液相或气相等均相中析出的过程。 3. 沉淀法:是利用加入试剂或或改变条件使发酵产物离开发酵液,生成不溶性颗粒而沉降析出的提取方法。 4. 等电点沉淀法:就是调节两性物质溶液的pH,以达到某一物质的等电点,使其从溶液中沉淀出来。 5. 盐析法:又称中性盐沉淀法,在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质,消除微粒上的电荷,促使蛋白质 或酶沉淀。 6. 盐析:蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象。 7. 盐溶:向蛋白质的水溶液中逐渐加入电解质时,开始阶段蛋白质的活度系数降低,并且蛋白质吸附离子后,带电表层 使蛋白质分子间相互排斥,而蛋白质的溶解度增大的现象。 8. 吸附:是溶质从液相或气相转移到固相的现象。 9. 吸附剂:吸附操作所使用的固体一般为多孔微粒,具有很大的比表面积,称为吸附剂。 10. 离子交换树脂:是一种不溶于酸、碱和有机溶剂,化学稳定性良好,具有网状结构,有离子交换能力的固态高分子化 合物。 11. 交联度:交联度决定树脂机械强度及网状结构的疏密。 12. 阳离子交换膜:含有带负电的酸性活性基团,能选择透过阳离子,阴离子不能透过 13. 阴离子交换膜: 含有带正电的碱性活性基团,能选择透过阴离子,阳离子不能透过 14. 溶剂萃取法:是利用一种溶质组分(如产物)在两个互不混溶的液相(如水相和有机溶剂相)中竞争性溶解和分配性 质上的差异来进行分离操作。

15. 分配定律:在一定温度、压力下,溶质分布在两个互不相容的溶剂里,达到平衡后,它在两项的浓度比为一常数K, 该常数成为分配系数。 16. 乳化:乳化是一种液体(分散相)分散在另一种不相混溶的液体(连续相)中的现象。 17. 浸取:用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程,也称为浸出。 18. 超临界流体SF:处于临界温度Tc和临界压力Pc以上,介于气体和液体之间的流体。 19. 双水相萃取:又称水溶液双相分配,利用目的物在不相溶的聚合物或无机盐溶液形成的两相中分配系数不同,从而进 行分离。 20. 反胶团:反胶团或逆胶团是两性表面活性剂分散于连续有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。 21. 临界胶团浓度CMC:胶团形成时所需表面活性剂的最低浓度 22. 浓差极化: 问答题 1. 沉淀法的含义及其常用方法 答: (1)沉淀法:是利用加入试剂或或改变条件使发酵产物离开发酵液,生成不溶性颗粒而沉降析出的提取方法(2) 常用方法:①等电点沉淀法;②盐析法;③有机溶剂沉淀法。 2. 吸附含义及吸附剂的种类 答:吸附操作所使用的固体一般为多孔微粒,具有很大的比表面积,称为吸附剂。吸附剂类型①有疏水或非极性吸附剂: 从极性溶媒尤其是水溶液中吸附非极性物质,如活性炭(选择性差);②亲水或极性吸附剂:非极性或极性很小的溶媒, 如中性吸附剂(碳化钙、硫酸镁)、碱性吸附剂(氧化铝、氧化镁)、酸性吸附剂(酸性硅胶、铝硅酸)、离子交换树 脂吸附剂;③各种离子交换树脂吸附剂。 3. 离子交换树脂的组成及其分类 答:(1)组成:本体(母体)+交换基团 本体:有高分子化合物和交联剂组成的高分子共聚物; 交换基团:能起交换作用的阳(阴)离子和与交换树脂本体连接在一起的阴(阳)离子两部分组成。 (2)分类: a) 按骨架结构:凝胶型、大孔型; b) 按树脂所带的可交换的离子性质:阴离子交换树脂、阳离子交换树脂 ; c) 按所引入的活性基团酸碱强弱:强酸性阳离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、弱碱性阴 离子交换树脂。 4. 萃取常用的方法 答:①溶剂萃取法: ②浸取: ③超临界流体萃取: ④双水相萃: ⑤取反胶团萃取: 5. 膜分离过程分类 答:根据推动力本质不同 1) 以静压力差为推动力:微滤MF、超滤UF、反渗透RO 2) 蒸汽分压差:膜蒸馏MD、渗透蒸发、渗透萃取 3) 浓度差:渗析 4) 电位差:离子交换膜电渗析EDTM 沉淀precipitation 结晶crystallization 等电点沉淀法isoelectric point precipitation 盐析salting-out 盐溶salting-in 分级盐析salt fractionation 吸附adsorption 吸附平衡adsorption equilibrium 吸附层析adsorption chromatography 吸附剂adsorbent 活性炭activated carbon 高分子吸附剂adsorbent of macromolecular 离子交换ion exchange 离子交换树脂ion-exchange resin 阴离子交换树脂anion-exchange resin 阳离子交换树脂cation-exchange resin 交联度degree of cross linking 交换容量exchange capacity 洗脱剂eluting agent 离子交换剂ion-exchanger 离子交换树脂再生ion exchanger conditioning 电渗析法electrodialytic technique 离子交换膜ion exchange membrane 溶剂萃取法solvent extraction 萃取剂extractant/extracting agent/extraction solvent 萃取液extract 萃余液raffinate 分配系数partition coefficient 乳化emulsification/ emulsify 去乳化demulsification 浸取leaching 溶质solute 溶剂solvent 载体carrier 超临界流体萃取super critical fluid extraction 双水相萃取partition of two aqueous phase system

反胶团萃取reversed micelle extraction 临界胶团浓度critical micelle concentration(CMC) 微滤microfiltration 超滤hyperfiltration/ultrafiltration 反渗透reverse osmosis 膜蒸馏membrane distillation 渗透蒸发osmosis pervaporation 渗透萃取osmosis extraction 渗析dialysis 浓差极化concentration polarization 膜吸附membrane adsorbers 第十四章 名词解释 1. 单效蒸发 2. 多效蒸发 3. 结晶 4. 晶体 5. 晶核 6. 气流干燥 7. 沸腾床干燥 8. 喷雾干燥 9. 冷冻干燥 10. 真空干燥 11. 红外线干燥 12. 微波干燥 问答题 1. 蒸发的机理及其能够进行的必要条件 答:(1)机理:溶剂分离是靠供给溶剂汽化需要的热量,使溶剂变成蒸汽,而从溶液中分离出来。 (2)蒸发能够进行的条件 1) 必要条件:不断地供给热能,以使溶剂汽化,同时要不断地将生成的汽化气(二次蒸汽排出)。 2) 影响操作过程的因素:溶液的浓度、溶解度、物料的热敏性、泡沫的形成、压力和温度、设备结构与材料。 2. 结晶过程实质,前提,推动力,步骤 答:(1)结晶过程实质:新相形成的过程,即从液相中产生固体相的过程。包括传热、传质,并且质点受晶格的制约作 定向排列,结晶过程需要一定时间。(2)结晶过程的前提和推动力:前提是形成过饱和溶液,过饱和度是推动力 。(3) 结晶过程的两个步骤: 产生晶核、 晶核在良好的环境中长大。 过饱和度的大小会影响晶核的晶核速率和晶体的长大速率, 这两个速率又影响最终晶体的粒度和晶体粒度分布(即晶体质量) 。 3. 影响结晶过程的因素有哪些? 答:① 过饱和溶液的形成 途径:蒸发部分溶剂法、饱和溶液冷却法、化学反应结晶法、盐析沉淀法 ②. 晶核的形成 通过控制溶液的浓度在介稳区的某个范围内,过饱和度适当,使晶核不能自发形成,而在可诱导下被动形成,从而可控 制结晶的质量。 ③. 晶体的生长 在晶核形成的基础上控制好晶体的生长速度。 4.气流干燥、沸腾床干燥、喷雾干燥、冷冻干燥、真空干燥、红外线干燥、微波干燥的原理、优缺点及适用范围 答:(1)气流干燥:把呈泥状、粉粒状和块状的湿物料送入热气流中,与之并流,从而得到分散成粒状的干燥产品。 (2)沸腾床干燥:利用热空气流(或其他高温气体)使置于筛板上的颗粒状或粉状湿物料呈沸腾状态的干燥过程。 喷雾干燥器 冷冻干燥 真空干燥 红外线干燥 微波干燥

蒸发evaporation/pervaporation 单效蒸发器single effect evaporator 多效蒸发器multiple-effect evaporation 结晶crystallization 晶体crystal 饱和曲线saturation curve 过饱和曲线supersaturated curve 过饱和溶液supersaturated solution 过饱和度supersaturated efficiency 晶核crystal nucleus 晶簇druse 干燥dehydration/dry 气流干燥pneumatic drying 沸腾床干燥boiling-bed drying; 流化床干燥fluidized-bed drying 喷雾干燥spray dehydration 喷雾干燥器spray drier/spray dryer 冷冻干燥freeze dehydration/freeze drying/lyophilization 真空干燥vacuum drying 红外线干燥infrared drying 微波干燥microwave drying 电泳electrophoresis 层析chromatography 介质matrix 灌流层析perfusion chromatography 大小排阻层析/空间排阻层析size-exclusion chromatography 凝胶过滤层析gel filtration chromatography 离子交换层析ion-exchange chromatography 聚焦层析chromatofocusing 疏水作用层析hydrophobic interaction chromatography 亲和层析affinity chromatography 共价层析covalent chromatography 固定化金属离子亲和层析immobilized metal-ion chromatograp


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